Teori Segalanya Konsep penciptaan alam semesta (studi komparatif antara teori-M Stephen Hawking dengan tafsir ilmi penciptaan jagat raya Kementrian Agama RI)
semua hukum fisika runtuh pada saat dentuman besar? Teori kuantum harus diterapkan.
36
Berpijak dari persoalan ini, Hawking dan rekannya, Jim Hartle dari Universitas California menggunakan Model Tanpa Ujung untuk
membangun suatu gagasan baru dalam Kosmologi Kuantum. Berbeda dengan pendekatan terdahulu, Hawking dan Hartle menggunakan variable
waktu imajiner
37
untuk mempelajari singularitas dentuman besar. Pada saat lahir, seluruh alam semesta dalam keadaan kuantum. Jadi
Hawking dan Hartle memperlakukan alam semesta sebagai suatu sistem kuantum tunggal untuk menentukan fungsi gelombangnya. Dengan kata
lain, mereka menerapkan prinsip mekanika kuantum standar pada seluruh alam semesta “sebelum” dentuman besar terjadi. Pencarian ini disebut
gravitasi kuantum atau TOE, theory of everything.
38
Sehingga muncul gagasan teori-M sebagai calon teori segalanya, yang baru digagas dengan
Leonard Mlodinow, dalam bukunya “The Grand Design”. Yang akan menjadi pembahasan utama di sini.
Di awal pembahasan terkait Teori segalanya, Hawking memulai dengan pernyataan sekaligus pertanyaan bahwa alam semesta dapat
dimengerti karena diatur hukum-hukum sains; artinya, perilakunya dapat digambarkan dengan model. Tapi apa sebenarnya hukum atau model?
36
J.P McEvoy dan Oscar Zarate. Mengenal Hawking For Beginners. Terj. Ahmad Baiquni Bandung: Mizan, Cet. 2, 1999 h. 152-153
37
Waktu dibagi menjadi dua komponen terpisah: waktu imajiner dan waktu real. Berbeda dengan waktu real, waktu imajiner tidak hilang ketika dentuman besar terjadi. Dengan demikian,
teori ini bisa diterapkan di titik singularitas. J.P McEvoy dan Oscar Zarate. Mengenal Hawking For Beginners. Terj. Ahmad Baiquni Bandung: Mizan, Cet. 2, 1999 h. 157
38
J.P McEvoy dan Oscar Zarate. Mengenal Hawking For Beginners. Terj. Ahmad Baiquni Bandung: Mizan, Cet. 2, 1999 h. 154
Dijelaskan perjalanan hukum fisika, dimulai dari hukum gravitasi Newton, gaya elektromagnetisme Orsted, medan gaya force field Faraday,
cahaya gelombang elektromagnetik Maxwell, sampai pada teori relativitas Einstein.
Walau sama-sama merevolusi fisika, teori elektromagnetisme Maxwell dan teori gravitasi Einstein
–relativitas umum- sama-sama teori klasik seperti fisika Newton. Artinya, kedua teori itu merupakan model
yang menganggap alam semesta punya sejarah tunggal dan pada tingkat atom dan sub-atom model-model tersebut tak cocok dengan pengamatan.
Sebaliknya, harus digunakan teori kuantum yang menyatakan alam semesta bisa memiliki sejarah apapun yang mungkin, masing-masing dengan
intensitas atau amplitudo probabilitas sendiri-sendiri. Untuk perhitungan praktis yang melibatkan dunia sehari-hari, kita bisa terus menggunakan
teori klasik, tapi jika ingin mengerti perilaku atom dan molekul, kita perlu versi kuantum teori elektromagnetisme Maxwell; dan jika ingin mengerti
awal alam semesta, ketika segala zat dan energi di alam semesta termampatkan dalam volume kecil, maka kita harus punya versi kuantum
teori relativitas umum.
39
Untuk benda-benda yang bergerak sangat cepat dan memiliki ukuran yang kecil yang sesuai dengan fisika partikel
modern maka menggunakan kombinasi dua buah teori yaitu teori relativitas yang dikombinasikan dengan prinsip-prinsip kuantum, ini adalah
mekanika kuantum relativistik yang saat ini dikenal dengan nama teori
39
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 110
medan kuantum, yang ditemukan pada tahun 30 dan 40-an, tetapi hingga saat ini teori tersebut belum bisa dianggap sebagai teori yang sempurna.
40
Gaya-gaya yang sudah dikenal di alam bisa dibagi menjadi empat kelas:
1. Gravitasi. Inilah gaya terlemah diantara empat kelas gaya, tapi
berjangkauan jauh dan berlaku sebagai gaya tarik bagi segala hal di alam semesta. Artinya bagi benda-benda besar gaya gravitasi
menumpuk dan bisa mengalahkan semua gaya lain. 2.
Elektromagnetisme. Gaya ini juga berjangkauan jauh dan jauh lebih kuat daripada gravitasi, tapi hanya berlaku bagi zarah bermuatan listrik,
bersifat tolak menolak bagi muatan sejenis dan tarik menarik bagi muatan berlainan jenis. Artinya gaya listrik antara benda-benda besar
saling meniadakan, tapi mendominasi pada skala atom dan molekul. Gaya elektromagnetik bertanggungjawab atas segenap kimia dan
biologi. 3.
Gaya nuklir lemah weak nuclear force. Gaya ini menyebabkan radioaktivitas dan berperan penting pada pembentukan unsur-unsur di
bintang-bintang dan awal alam semesta. Tapi kita tak menemui gaya ini dalam kehidupan sehari-hari.
4. Gaya nuklir kuat strong nuclear force. Gaya ini menyatukan proton
dan neutron dalam inti atom. Gaya ini juga menjaga keutuhan proton dan neutron sendiri, yang diperlukan karena keduanya terbuat dari
zarah-zarah yang lebih kecil lagi, kuark. Gaya kuat adalah sumber
40
http:kurniafisika.wordpress.com20090820apakah-elektrodinamika-itu-dan- bagaimana-letaknya-dalam-fisika
. Diakses pada tanggal, 23 September 2013
energi matahari dan nuklir, tapi sebagaimana gaya lemah, kita tak berhubungan langsung dengannya.
41
Gaya pertama
yang mendapat
versi kuantum
adalah elektromagnetisme. Teori kuantum medan elektromagnetik, disebut
elektrodinamika kuantum quantum electrodynamics, QED adalah teori medan kuantum relativistik tentang elektrodinamika. Teori ini menjelaskan
bagaimana cahaya dan materi berinteraksi dan merupakan teori pertama yang mencapai kesesuaian antara mekanika kuantum dan relativitas khusus.
QED menggambarkan secara matematis semua fenomena yang melibatkan partikel bermuatan listrik. Salah satu pendiri teori QED,
Richard Feynman
,
42
yang dikembangkan pada tahun 1940-an. Memang Feynman menyediakan bantuan amat besar bagi para ahli
fisika untuk menggambarkan dan menghitung peluang proses-proses yang dijabarkan QED. Tapi diagram Feynman tak mengatasi satu kekurangan
penting teorinya: Kalau sumbangan dari beraneka sejarah yang tak terhingga dijumlahkan, hasilnya tak terhingga juga. jika nilai
sumbangannya mengecil cukup pesat, mungkin saja hasil penjumlahannya terhingga, tapi sayangnya itu tak berlaku di sini. kalau diagram-diagram
Feynman dijumlahkan, jawabannya seolah menyiratkan bahwa elektron punya massa dan muatan tak terhingga. Itu absurd karena kita bisa
41
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 111
42
http:id.wikipedia.orgwikiElektrodinamika_kuantum . Diakses pada tanggal, 23
September 2013
mengukur massa dan muatannya, dan nilainya terhingga. Untuk mengatasi ketakterhinggaan, dikembangkan prosedur yang disebut renormalisasi.
43
Keberhasilan renormalisasi dalam QED menggalakkan upaya mencari teori medan kuantum yang menjabarkan tiga gaya lain di alam.
Tapi pembagian gaya-gaya alam menjadi empat kelas barangkali bersifat artifisial dan disebabkan ketidakpahaman kita. Oleh karena itu orang telah
mencari-cari teori segalanya theory of everything yang akan mempersatukan empat kelas itu dalam satu hukum yang cocok dengan teori
kuantum. Kiranya itulah yang paling dicari-cari dalam fisika.
44
Satu tanda bahwa pemersatuan adalah pendekatan yang benar berasal dari teori gaya lemah. Teori medan kuantum yang menjabarkan
gaya lemah saja tak bisa direnormalisasi; artinya, dalam teori itu ada nilai tak terhingga yang tak bisa ditiadakan dengan mengurangi sejumlah
terhingga besaran seperti massa dan muatan. Namun pada tahun 1967 Abdus Salam dan Steven Weinberg secara terpisah mengajukan satu teori
yang mempersatukan elektromagnetisme dan gaya lemah, dan mendapati bahwa pemersatuan itu membereskan masalah masalah nilai tak terhingga.
Gaya hasil pemersatuan itu disebut gaya elektrolemah elektroweak force. Teorinya dapat direnormalisasi, dan memprediksi tiga zarah baru yang
disebut ,
, dan . Gaya kuat bisa direnormalisasi sendiri dalam
teori yang disebut kromodinamika kuantum quantum chromodynamics,
43
Proses renormalisasi melibatkan pengurangan besar-besaran yang didefinisikan terhingga dan ngatif dengan cara sedemikian, sehingga dengan perhitungan matematis saksama,
hasil penjumlahan nilai-nilai tak terhingga negatif dan positif yang muncul dalam teori nyaris saling meniadakan, menyisakan selisih kecil, nilai massa dan muatan yang terhingga dan teramati.
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 115-116
44
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 117
QCD. Menurut QCD, proton, neutron, dan banyak zarah dasar zat lain terbuat dari quark, yang punya sifat menakjubkan yang oleh para ahli fisika
disebut warna.
45
Sesudah mempersatukan gaya lemah dan elektromagnetik, ahli-ahli fisika pada tahun 1970-an mencari cara memasukkan gaya kuat ke dalam
teori itu. Ada sejumlah teori terpadu agung grand unified theory, GUT yang mempersatukan gaya kuat dengan gaya lemah dan elektromagnetisme,
tapi kebanyakannya memprediksi bahwa proton, bahan pembangun kita, seharusnya meluruh decay sesudah rata-rata
tahun. Itu masa hidup yang panjang sekali, mengingat alam semesta saja baru berumur
tahun. Tapi dalam fisika kuantum, ketika kita berkata rata-rata masa hidup zarah adalah
tahun, artinya bukanlah sebagian besar zarah ada selama sekitar
tahun, serta sebagian lebih panjang dan sebagian lebih pendek umurnya. Sebaliknya, yang dimaksudkan adalah bahwa tiap tahun tiap
zarah punya peluang meluruh 1 per .
46
Karena bukti pengamatan terdahulu juga telah gagal menyokong GUT, maka sebagian besar ahli fisika menggunakan teori sementara yang
disebut model standar standard model, yang terdiri atas teori elektromagnetik dan gaya lemah yang sudah dipersatukan dan QCD
sebagai teori gaya kuat. Tapi dalam model standar, gaya elektrolemah dan gaya kuat bertindak terpisah dan tak benar-benar dipersatukan. Model
standar amat berhasil dan cocok dengan semua bukti pengamatan yang ada
45
Color maknany a diistilahkan “kromodinamika”, walau “warna” kuark hanyalah label
praktis tak ada hubungan dengan warna yang bisa dilihat. Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 117
46
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 119-120
sekarang, tapi pada akhirnya tak memuaskan karena, selain belum menyatukan gaya elektromagnetik dan gaya kuat, model itu juga belum
mencakup gravitasi.
47
Boleh jadi memadukan gaya kuat dengan gaya elektromagnetik dan gaya lemah itu terbukti sukar, tapi perkara barusan tidak ada apa-apanya
dibanding perkara menggabungkan gravitasi dengan ketiga gaya lain, atau menciptakan teori gravitasi kuantum yang berdiri sendiri. Pada 1976
ditemukanlah satu kemungkinan cara pemecahan masalah itu. Namanya supergravitasi supergravity.
48
Gagasan supersimetri adalah kunci penemuan supergravitasi, tapi konsep itu sebenarnya berawal bertahun-tahun sebelumnya ketika para ahli
teori mempelajari teori baru bernama teori dawai string theory. Menurut teori dawai, zarah bukan berupa titik, melainkan pola getaran yang punya
panjang tapi tak punya tinggi dan lebar, seperti utas dawai yang tak terhingga tipisnya, teori dawai juga mengarah kepada ketakterhinggaan,
tapi dipercaya bahwa dalam versi tepatnya ketakterhinggaan dalam teori tersebut akan saling meniadakan. Ada lagi satu sifat luar biasa
ketakterhinggaan dalam teori dawai: hanya konsisten apabila ruang-waktu punya sepuluh dimensi, bukan hanya empat. Jika sepuluh dimensi benar
47
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 120-121
48
Awalan “super” bukan ditambahkan karena para ahli fisika menganggap teori gravitasi kuantum tersebut “super” dan ampuh. “Super” merujuk kepada jenis simetri yang ada dalam teori
itu disebut supersimetri supersymetry. Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 123
ada, maka mengapa kita tak melihatnya? Menurut teori dawai, sepuluh dimensi melengkung menjadi ruang berukuran amat kecil.
49
Selain persoalan dimensi, teori dawai diganggu persoalan merepotkan lain. Tampaknya ada minimal lima teori berbeda dan jutaan
cara dimensi ekstra bisa tergulung, terlalu banyak kemungkinan bagi mereka yang menyatakan bahwa teori dawai adalah teori segalanya yang
unik. Lalu, sekitar tahun 1994, orang mulai menemukan dualitas, bahwa berbagai teori dawai, dan berbagai cara menjabarkan fenomena yang sama
dalam empat dimensi. Selain itu, mereka menemukan bahwa supergravitasi juga berhubungan dengan cara demikian dengan teori-teori lain. Para
pemikir teori dawai sekarang yakin bahwa lima teori dawai yang berbeda dengan supergravitasi hanyalah pendekatan yang berbeda-beda terhadap
satu teori yang lebih mendasar, dan masing-masingnya sah dalam situasi berbeda.
50
Teori dawai menyatakan bahwa quark dan lepton
51
bekerja karena adanya dawai energi yang menjadi struktur internal penghubung keduanya.
Dawai energi tersebut berosilasi dengan frekuensi tertentu dan menurut teori ini perbedaan frekuensi itulah yang menyebabkan adanya karakter
unik pada partikel-partikel fundamental. Massa dan muatan dari partikel juga termasuk dalam kategori karakter yang unik yang diatur oleh frekuensi
osilasi dawai.
49
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 124-125
50
Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 126
51
Quark adalah partikel fundamental yang memiliki muatan listrik kelipatan pecahan dari muatan listrik elektron. Lepton adalah merupakan salah satu golongan partikel fundamental yang
terdiri dari elektron, muon, dan tau, serta tiga jenis neutrino. Lihat http:www.fisikanet.lipi.go.id
, diakses pada tanggal 30 Oktober 2013.
Target utama teori dawai adalah penyatuan fenomena mikro dan makroskopik. Meskipun teori ini sempat berkembang pesat dengan adanya
pembuktian matematis dari beberapa fisikawan pada tahun 1980an, sekarang teori ini mengalami banyak kemunduran usai keluarnya teori M
yang mengoreksi begitu banyak kontroversi dalam teori dawai. Yang pertama adalah teori ini membutuhkan begitu banyak dimensi
untuk dipahami. Teori dawai membutuhkan 10 dimensi untuk dapat dipahami. Yakni, dimensi ruang
–waktu dan enam dimensi tambahan. Sedangkan teori M membutuhkan 11 dimensi untuk menjelaskan
matematikanya. Memang sulit untuk memahaminya dalam realita kehidupan sehari-hari. Masalahnya adalah dimensi itu sendiri dibuat
melalui pengolahan matematis yang rumit dan juga sampai saat ini belum ada alat yang membantu kita meneropong cakrawala dimensi tambahan
tersebut. Jadi hanya manipulasi matematis yang mengintegrasikan seluruh dimensi yang diperlukan dalam memahami teori dawai energi ini.
Yang kedua, dengan skala kerja 10
-33
meter, teori ini menjadi sesuatu yang sangat sulit dibuktikan. Pasalnya, daerah jarak kerja fisika
partikel hanya mencapai orde femto -yakni sekitar 10
-15
meter. Skala ini merupakan
subatomik terkecil
yang mampu
diaplikasikan dan
diorientasikan dengan komputer supercanggih yang memiliki flop orde tera sekalipun.
52
Kasus terakhir adalah Superconducting Super Collider SSC yang merupakan laboratorium tumpuan bagi pembuktian prediksi teori
52
http:visitfisika.wordpress.com20080225teori-segalanya-part-1-teori-dawai . Diakses
pada tanggal 23 September 2013
superdawai. Pada 1993, kongres Amerika membuat keputusan untuk menghentukan SSC tersebut sehingga pupuslah harapan untuk menguji
kebenaran teori superdawai. Meskipun demikian, sebagian ahli masih terus mengembangkan teori yang sangat indah secara matematis ini, dan teori
superdawai menjadi teori teori kuasi keyakinan. Artinya, setiap ahli dapat mempunyai rumusan sendiri dan masing-masing boleh bertahan dan merasa
benar dengan gagasannya sepanjang lgika matematisnya dipenuhi karena memang tidak ada hakim berupa laboratorium yang memutuskan gagasan
mana yang sesungguhnya benar.
53